#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <time.h>

#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define MAXSIZE 100 /* 存储空间初始分配量 */

typedef int Status;        /* Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码，如OK等 */
typedef int ElemType;    /* ElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int */

typedef char String[MAXSIZE + 1]; /*  0号单元存放串的长度 */

/* 生成一个其值等于chars的串T */
Status StrAssign(String T, char *chars) {
    int i;
    if (strlen(chars) > MAXSIZE)
        return ERROR;
    else {
        T[0] = strlen(chars);
        for (i = 1; i <= T[0]; i++)
            T[i] = *(chars + i - 1);
        return OK;
    }
}

Status ClearString(String S) {
    S[0] = 0;/*  令串长为零 */
    return OK;
}

/*  输出字符串T。 */
void StrPrint(String T) {
    int i;
    for (i = 1; i <= T[0]; i++)
        printf("%c", T[i]);
    printf("\n");
}

/*  输出Next数组值。 */
void NextPrint(int next[], int length) {
    int i;
    for (i = 1; i <= length; i++)
        printf("%d", next[i]);
    printf("\n");
}

/* 返回串的元素个数 */
int StrLength(String S) {
    return S[0];
}

/* 朴素的模式匹配法 */
int Index(String S, String T, int pos) {
    int i = pos;    /* i用于主串S中当前位置下标值，若pos不为1，则从pos位置开始匹配 */
    int j = 1;                /* j用于子串T中当前位置下标值 */
    while (i <= S[0] && j <= T[0]) /* 若i小于S的长度并且j小于T的长度时，循环继续 */
    {
        if (S[i] == T[j])    /* 两字母相等则继续 */
        {
            ++i;
            ++j;
        } else                /* 指针后退重新开始匹配 */
        {
            i = i - j + 2;        /* i退回到上次匹配首位的下一位 */
            j = 1;            /* j退回到子串T的首位 */
        }
    }
    if (j > T[0])
        return i - T[0];
    else
        return 0;
}

/* 通过计算返回子串T的next数组。 */
void get_next(String T, int *next) {
    int i, j;
    i = 1;
    j = 0;
    next[1] = 0;
    while (i < T[0])  /* 此处T[0]表示串T的长度 */
    {
        if (j == 0 || T[i] == T[j])    /* T[i]表示后缀的单个字符，T[j]表示前缀的单个字符 */
        {
            ++i;
            ++j;
            next[i] = j;
        } else
            j = next[j];    /* 若字符不相同，则j值回溯 */
    }
}

/* 返回子串T在主串S中第pos个字符之后的位置。若不存在，则函数返回值为0。 */
/*  T非空，1≤pos≤StrLength(S)。 */
int Index_KMP(String S, String T, int pos) {
    int i = pos;        /* i用于主串S中当前位置下标值，若pos不为1，则从pos位置开始匹配 */
    int j = 1;            /* j用于子串T中当前位置下标值 */
    int next[255];        /* 定义一next数组 */
    get_next(T, next);    /* 对串T作分析，得到next数组 */
    while (i <= S[0] && j <= T[0]) /* 若i小于S的长度并且j小于T的长度时，循环继续 */
    {
        if (j == 0 || S[i] == T[j])    /* 两字母相等则继续，与朴素算法增加了j=0判断 */
        {
            ++i;
            ++j;
        } else            /* 指针后退重新开始匹配 */
            j = next[j];/* j退回合适的位置，i值不变 */
    }
    if (j > T[0])
        return i - T[0];
    else
        return 0;
}

/* 求模式串T的next函数修正值并存入数组nextval */
void get_nextval(String T, int *nextval) {
    int i, j;
    i = 1;
    j = 0;
    nextval[1] = 0;
    while (i < T[0])  /* 此处T[0]表示串T的长度 */
    {
        if (j == 0 || T[i] == T[j])    /* T[i]表示后缀的单个字符，T[j]表示前缀的单个字符 */
        {
            ++i;
            ++j;
            if (T[i] != T[j])      /* 若当前字符与前缀字符不同 */
                nextval[i] = j;    /* 则当前的j为nextval在i位置的值 */
            else
                nextval[i] = nextval[j];    /* 如果与前缀字符相同，则将前缀字符的 */
            /* nextval值赋值给nextval在i位置的值 */
        } else
            j = nextval[j];            /* 若字符不相同，则j值回溯 */
    }
}

int Index_KMP1(String S, String T, int pos) {
    int i = pos;        /* i用于主串S中当前位置下标值，若pos不为1，则从pos位置开始匹配 */
    int j = 1;            /* j用于子串T中当前位置下标值 */
    int next[255];        /* 定义一next数组 */
    get_nextval(T, next);    /* 对串T作分析，得到next数组 */
    while (i <= S[0] && j <= T[0]) /* 若i小于S的长度并且j小于T的长度时，循环继续 */
    {
        if (j == 0 || S[i] == T[j])    /* 两字母相等则继续，与朴素算法增加了j=0判断 */
        {
            ++i;
            ++j;
        } else            /* 指针后退重新开始匹配 */
            j = next[j];/* j退回合适的位置，i值不变 */
    }
    if (j > T[0])
        return i - T[0];
    else
        return 0;
}

int main() {
    int i, *p;
    String s1, s2;

    StrAssign(s1, "abcdex");
    printf("子串为: ");
    StrPrint(s1);
    i = StrLength(s1);
    p = (int *) malloc((i + 1) * sizeof(int));
    get_next(s1, p);
    printf("Next为: ");
    NextPrint(p, StrLength(s1));
    printf("\n");

    StrAssign(s1, "abcabx");
    printf("子串为: ");
    StrPrint(s1);
    i = StrLength(s1);
    p = (int *) malloc((i + 1) * sizeof(int));
    get_next(s1, p);
    printf("Next为: ");
    NextPrint(p, StrLength(s1));
    printf("\n");

    StrAssign(s1, "ababaaaba");
    printf("子串为: ");
    StrPrint(s1);
    i = StrLength(s1);
    p = (int *) malloc((i + 1) * sizeof(int));
    get_next(s1, p);
    printf("Next为: ");
    NextPrint(p, StrLength(s1));
    printf("\n");

    StrAssign(s1, "aaaaaaaab");
    printf("子串为: ");
    StrPrint(s1);
    i = StrLength(s1);
    p = (int *) malloc((i + 1) * sizeof(int));
    get_next(s1, p);
    printf("Next为: ");
    NextPrint(p, StrLength(s1));
    printf("\n");

    StrAssign(s1, "ababaaaba");
    printf("   子串为: ");
    StrPrint(s1);
    i = StrLength(s1);
    p = (int *) malloc((i + 1) * sizeof(int));
    get_next(s1, p);
    printf("   Next为: ");
    NextPrint(p, StrLength(s1));
    get_nextval(s1, p);
    printf("NextVal为: ");
    NextPrint(p, StrLength(s1));
    printf("\n");

    StrAssign(s1, "aaaaaaaab");
    printf("   子串为: ");
    StrPrint(s1);
    i = StrLength(s1);
    p = (int *) malloc((i + 1) * sizeof(int));
    get_next(s1, p);
    printf("   Next为: ");
    NextPrint(p, StrLength(s1));
    get_nextval(s1, p);
    printf("NextVal为: ");
    NextPrint(p, StrLength(s1));

    printf("\n");

    StrAssign(s1, "00000000000000000000000000000000000000000000000001");
    printf("主串为: ");
    StrPrint(s1);
    StrAssign(s2, "0000000001");
    printf("子串为: ");
    StrPrint(s2);
    printf("\n");
    printf("主串和子串在第%d个字符处首次匹配（朴素模式匹配算法）\n", Index(s1, s2, 1));
    printf("主串和子串在第%d个字符处首次匹配（KMP算法） \n", Index_KMP(s1, s2, 1));
    printf("主串和子串在第%d个字符处首次匹配（KMP改良算法） \n", Index_KMP1(s1, s2, 1));

    return 0;
}

